EP3095173B1 - Verfahren zum übertragen von nachrichten in einem energieautomatisierungs-netzwerk, energieautomatisierungskomponente und umspannstation - Google Patents

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EP3095173B1
EP3095173B1 EP15712083.3A EP15712083A EP3095173B1 EP 3095173 B1 EP3095173 B1 EP 3095173B1 EP 15712083 A EP15712083 A EP 15712083A EP 3095173 B1 EP3095173 B1 EP 3095173B1
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EP
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energy automation
application
network
energy
component
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Reinhard Frank
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Siemens AG
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Siemens AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting messages according to the standard IEC 61850 (GOOSE) in an energy automation network comprising a number of substations.
  • the invention further relates to energy automation components as well as substations for energy automation networks.
  • GOOSE Generic Object Oriented Substation Events
  • IEC 61850 IEC 61850 standard.
  • GOOSE sends messages about the state of a device regularly at a fixed interval, for example every second.
  • GOOSE messages are sent multicast, i. several receivers can be informed about the status of a transmitter at the same time.
  • a typical application of GOOSE is the spontaneous transmission of state changes of power automation components, such as switch position (on / off) of switching devices, or other status messages of the power automation component to other power automation components.
  • the power automation components are interconnected to exchange the GOOSE messages over Ethernet.
  • the advantage of controlling the power automation components over Ethernet over traditional direct device-to-device interconnections is the free configuration of the devices connected to the network. For new send and receive relationships no new cables need to be laid. Also, the proliferation of Ethernet and the possibility of using Ethernet for other services are reasons for using this technique.
  • GOOSE messages are thus transferred to Layer 2 (Layer 2) of the OSI Reference Model.
  • Layer 2 Layer 2 of the OSI Reference Model.
  • a GOOSE message in an Ethernet data packet sets the Ethertyp field, which makes it possible to prioritize the GOOSE message in comparison to other Ethernet messages.
  • GOOSE messages are favored over IP packets in the network, so that the delay within the network is minimized and the receiver receives GOOSE messages in compliance with a time window.
  • This protocol structure enables the real-time capability of GOOSE.
  • Power automation networks include a plurality of substations, each of the substations including at least one automation component as described above and a typically Ethernet-based communication network through which the power automation components can exchange GOOSE messages.
  • To control the energy automation network it is sometimes necessary that the state of an energy automation component of a substation is also transmitted to energy automation components in other substations.
  • GOOSE in its original form can not be used for this purpose because a public network connecting the communication networks (Ethernet) of the substations usually has no multicast support or only offers them for relatively high costs.
  • a public network connecting the communication networks (Ethernet) of the substations usually has no multicast support or only offers them for relatively high costs.
  • WAN Wide Area Network
  • the infrastructure can be adapted from access node to the public network.
  • the public network can transmit messages on layer 2 of the OSI reference model. This can be realized, for example, as described in the specification "IEC 61850 GOOSE over WiMax for fast isolation and restoration of faults in distribution networks".
  • IEC 61850-90-5 it is proposed to make GOOSE messages via IP-multicast and UDP. This is also known as "routable GOOSE”.
  • Another alternative would be to establish Layer 2 tunnels in the access nodes to the public network, that is, the public network routers.
  • a disadvantage of the above proposed solutions is that on the one hand modified hardware is required at the access points to the public network. On the other hand, the configuration of the individual energy automation components is cumbersome.
  • a further object is to specify a suitable energy automation component and a correspondingly set substation.
  • a method for transmitting messages according to the standard IEC 61850 (GOOSE) in an energy automation network comprising a number of substations.
  • Each of the substations includes at least one power automation component and a communications network through which the at least one power automation component can exchange messages according to a first communication protocol.
  • the first communication protocol is in particular the Ethernet.
  • the first communication protocol may be any protocol based on layer 2 of the OSI reference model.
  • the communication networks of the substations are connected to one another via a public network based on a second communication protocol, in particular the Internet Protocol, without multicast support for exchanging messages.
  • the public network may be, for example, the Internet or a global corporate, industrial or utility network.
  • Each of the energy automation components comprises at least one application for controlling them. Between applications which belong to one group and are arranged in energy automation components of at least two substations, messages can be exchanged according to the standard IEC 61850 (GOOSE).
  • IEC 61850 GOOSE
  • Each of the power automation components includes a communication means adapted to process messages according to the IEC 61850 standard (GOOSE).
  • the communication means may be implemented in software or hardware. It can be considered a virtual switch.
  • a message according to the IEC 61850 standard is transmitted by a first application of a transmitting energy automation component.
  • the message is received by the communication means of the transmitting power automation component, processed and transmitted via the communication network of the substation, in which the transmitting power automation component is arranged, and / or the public network to at least a second application.
  • the message is received, processed and forwarded to the associated second application by the one or more communication means of the respective receiving second energy-consuming automation component.
  • the first application belongs to a specific group of applications and the at least one second application belongs to the same group of applications.
  • the communication means of a respective energy automation component are configured by generating information for each application contained in the relevant energy automation component as the first application, which information contains a respective address information of the received Energy automation components for the same group to which the relevant second application is associated includes.
  • information for each application contained in the relevant energy automation component as the first application which information contains a respective address information of the received Energy automation components for the same group to which the relevant second application is associated includes.
  • a configuration of the addresses of other Energy automation components which should receive a send GOOSE message.
  • a tunnel is established to the receiving or receiving power automation components over the public network.
  • the tunnel or tunnels enable the above-mentioned "overlay network" to transmit GOOSE messages over a public network without multicast support.
  • the method makes it possible to transmit messages from an application using layer 2 of the OSI reference model, such as GOOSE, via a layer-3 unicast network, whereby GOOSE messages are also transmitted in distributed IP networks without layer-3 Multicast support can be transferred.
  • an end-to-end Layer 2 infrastructure over a public network i.e., a WAN is not required.
  • the proposed method realizes a specific application network in which messages are distributed according to the first communication protocol.
  • the specific application network is also referred to in this specification as an "overlay network”.
  • GOOSE messages can be sent to predefined recipients, regardless of whether they are in the same network as the sender or in another network that is separated by an IP network without multicast support.
  • Another advantage is that the configuration required for transmission can be performed directly on or in the power automation component. As a result, it is not necessary to make hardware changes, in particular to components of the public network. As a result, no special requirements are placed on the public network connecting the substations in terms of data technology.
  • the generated information may be a forwarding table.
  • the information may be stored in the communication medium, for example.
  • the information may also be stored in a memory of the power automation component. It is understood that for each application of an energy automation component, an associated information or forwarding table is configured and stored.
  • the generation of the information can be carried out by a central computer at the same time for all energy automation component before the commissioning of the energy automation network.
  • the information may be transmitted from the central computer to all the power automation components of the power automation network.
  • the generation of the information may be in response to receiving a request message from one of the power automation components.
  • a request message for example, when receiving a GOOSE message by the communication means of an energy automation component whose application sends out a GOOSE message, in the event that there is no information in the communication means, the request message is transmitted to the central computer.
  • the central computer then creates a corresponding information and transmits it to the communication means or the energy automation component, from the request message comes from. This approach is useful if, for example, a new power automation component is added to the network of a substation.
  • the information associated with a particular application may be specified and provided in an SCL (System Configuration Description Language) configuration file.
  • SCL System Configuration Description Language
  • the information may include static IP addresses of the receiving power automation component. This is useful, for example, if static IP addresses can be used in the public network.
  • the configuration of the communication connections between a transmitting energy automation component and one or more receiving energy automation component (s) can be done analogously as in the substation.
  • the messages may be encapsulated according to IEC 61850 by the communication means of the transmitting power transmission component in public network messages according to the Internet Protocol.
  • the transmission of a GOOSE message to be sent to all recipients can be done in different ways.
  • the transmitting energy transmission component transmits the times to be transmitted, n corresponding to the number of receiving energy automation components that are assigned to the transmitting first application in the information.
  • the means of communication tunnels the GOOSE message to be sent n times to all n receivers contained in the information, ie energy automation components.
  • the sending power automation component once broadcasts the message to be sent, with a first receiving power automation component relaying it to another, second receiving power automation component.
  • This forwarding is repeated according to the number of recipients until all recipients have received the message.
  • each receiver i.
  • Each receiving power automation component is referred to as a peer in a peer-to-peer (P2P) network and routes the message to other receivers, i. Energy automation components, continue.
  • P2P peer-to-peer
  • the sending power automation component does not need to send the GOOSE message n times, but only once to a receiving power automation component, which then forwards the message.
  • the forwarding can be optimized so that the message follows the communication architecture, resulting in low latencies. This is expedient, for example, in the realization of the energy transmission network as a ring.
  • the GOOSE message can then be transmitted along the "hopby-hop" ring.
  • each message-receiving power automation component forwards the received message in the communication network of the substation in which it is located as a multicast.
  • an energy automation component for a substation comprises at least one application for controlling it, each application being set up to process messages in accordance with the IEC 61850 standard and belonging to a group of applications which, in the corresponding energy automation components, at least belong two substations are arranged.
  • the energy automation component further comprises a communication means adapted to process messages according to the IEC 61850 standard and encapsulate them in public network messages based on the Internet Protocol and not supporting multicast.
  • the power automation component includes or may access information that includes respective address information of receiving power automation components for the same group to which the particular application of the power automation component is associated.
  • the communication means of a transmitting power automation component is configured to set up a tunnel to the receiving power automation components to which address information is stored.
  • the energy automation component has the same advantages as described above in connection with the method according to the invention.
  • a transformer station for an energy automation network is proposed, which at least an energy automation component of the type described above.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an energy automation network with inventively designed energy automation components in several substations.
  • the Fig. 1 shows a schematic representation of an energy automation network 1.
  • the energy automation network 1 includes, for example, three substations 100, 200 and 300.
  • the substations 100, 200, 300 are arranged spatially separated from each other.
  • the substations, which are also referred to as substations, are part of an electrical supply network and serve to connect different voltage levels. In a manner known to those skilled in transformer substations in addition to power transformers, switchgear and equipment for measurement and control technology.
  • each of the substations 100, 200, 300 comprises one or more power automation components and a communications network via which the respective power automation components of a substation can exchange messages.
  • the substation 100 includes three power automation components 110, 120, 130.
  • the communication network connecting the power automation components 110, 120, 130 for exchanging messages is not explicitly illustrated.
  • the communication network is based on the Ethernet so that messages are exchanged at layer 2 (layer 2) of the OSI reference model.
  • Each of the power automation components 110, 120, 130 has a number of applications.
  • a single application 112 is provided on the energy automation component 110.
  • Two applications 122, 123 are provided by way of example on the energy automation component 120.
  • a single application 132 is provided on the energy automation component 130.
  • the substation 200 has, by way of example only, a single power automation component 210.
  • the energy automation component 210 on the energy automation component 210, in turn, only two applications 212, 213 are arranged, by way of example.
  • the substation 300 includes two power automation components 310, 320.
  • Each of the power automation components 310, 320 includes two applications.
  • Two applications 312, 313 are disposed on the power automation component 310.
  • two applications 322, 323 are disposed on the power automation component 320.
  • respective communication networks are not explicitly illustrated, which enable communication of the energy automation components contained in a respective substation 200, 300 with each other.
  • GOOSE a real-time network protocol for controlling the power automation components over the Ethernet communication network (in short: Ethernet network or Ethernet) to which they are connected.
  • Ethernet communication network in short: Ethernet network or Ethernet
  • GOOSE regularly sends messages about the state of an energy automation component at a fixed interval. The messages are received and processed by other power automation components, which may also result in a state change of the receiving power automation components.
  • the communication networks of the respective substations 100, 200, 300 via a public Internet Protocol-based network without multicast support for exchanging messages.
  • the connection of the communication networks of the substations 100, 200, 300 takes place via network substations 410, 420, 430, which are associated with the substations, e.g. Router.
  • an energy automation component of the substation 100 it is possible for an energy automation component of the substation 100 to exchange messages with an energy automation component in the substations 200 or 300.
  • the transmission of messages within the public network 400 is usually for technical reasons and / or cost reasons on layer 3 of the OSI reference model. That is, if a message is to be transmitted from a first communication node of the public network 400 to a second communication node of the public network 400, a route and an end-to-end connection are created for this purpose. This routing occurs at layer 3 (layer-3) of the OSI reference model. There this inherently does not support multicast, which is required for the use of messages sent by GOOSE, an approach is proposed that allows Layer 2 messaging even in distributed routing networks, without an end-to-end Layer-2 Infrastructure over the public network 400.
  • all of the energy automation components 110, 120, 130, 210, 310, 320 have their communication means 111, 121, 131, 211, 311, 321 assigned to them. These means of communication do not require the use of special network components in the public network 400.
  • the necessary network intelligence is realized by the communication means 111, 121, 131, 211, 311, 321 in the form of a virtual switch on the associated energy automation component 110, 120, 130, 210, 310, 320 itself. This can be realized for example by means of OpenvSwitch.
  • the communication means 111, 121, 131, 211, 311, 321 assume the functions of a tunnel setup between virtualized switches (communication means), the identification of GOOSE messages and the forwarding of GOOSE messages via a corresponding tunnel interface.
  • Different encapsulation protocols can be used for the tunnel.
  • STT Styrene Transport Tunneling Protocol for Network Virtualization
  • the configuration of the communication means 111, 121, 131, 211, 311, 321, which may be in the form of software or hardware, may be realized by a central computer 500.
  • the central computer 500 comprises an engineering tool 510 and a so-called SDN (Software Defined Networks) controller 520.
  • SDN Software Defined Networks
  • a parameterization of all energy automation components This means that it is determined which energy automation components belong together logically. The logical togetherness is established by the assignment of a respective application of the energy automation components to a respective group.
  • the application 112 of the energy automation component 110, the application 122 of the energy automation component 120, the application 212 of the energy automation component 210, and the application 312 of the energy automation component 310 belong to a first group 10 of applications.
  • the application 123 of the energy automation component 120, the application 213 of the energy automation component 210, the application 313 of the energy automation component 310 and the application 322 of the energy automation component 320 belong to a second group 20 of applications.
  • the application 132 of the energy automation component 130 and the application 322 of the energy automation component 320 are assigned to a third group 30 of applications.
  • the logical grouping of the applications in conjunction with the communication means assigned to a respective energy automation component has the result that, for example, when a GOOSE message is sent by the application 122 (sending application AS) of the first group 10, the GOOSE message is sent via one of the first group 10 associated, logical communication network 1000 only to the energy automation components 110, 210 and 310 (receiving Energyautomatmaschineskomponenten EAE1, EAE2, EAE3) is transmitted, which belong to the first group 10 associated applications 112, 212, 312 (receiving applications AE1, AE2, AE3).
  • the GOOSE message is emitted by the energy automation component 120 or its communication means 121 according to the specification of GOOSE as a multicast, this has the consequence that the energy automation component 130, which does not include any application belonging to the first group 10 of applications, does not receive this GOOSE message. This frees the communication network of Substation 100 from unnecessary communication.
  • a private, logical communication network 2000, 3000 is generated in the manner described above.
  • the configuration and parameterization of the power automation components 110, 120, 130, 210, 310, 320 and the communication links associated therewith between the individual power automation components are performed in a planning phase, e.g. according to IEC 61850 in the so-called Substation Configuration Language (SCL).
  • SCL Substation Configuration Language
  • a communication connection is configured between each possible sending energy automation component and each assigned, receiving energy automation component according to the logical grouping.
  • the relevant applications are specified the configuration in the SCL.
  • the tunnels are e.g. manually configured and defined appropriate forwarding rule.
  • the engineering tool 510 stores and manages corresponding SCL configuration files and can transmit these files or parts thereof to corresponding network components.
  • a centralized configuration of the communication means 111, 121, 131, 211, 311, 321 can take place. This configuration is done by the SDN controller 520 of the central computer. The SDN controller 520 may configure and enable the tunnels between each communication means. For this forwarding tables are configured in the communication means. Such a forwarding table is configured for each application 111, 121, 131, 211, 311, 312 of the power automation components 110, 120, 130, 210, 310, 320.
  • the application 122 of the energy automation component 120 is a sending application AS and the energy automation component 120 is a transmitting energy automation component EAS.
  • the application 122 belongs to the first group 10 of applications. In the forwarding table for the application 122, therefore, the addresses of all remaining applications belonging to the first group 10 of applications are stored.
  • the application 112 is a receiving application AE1
  • the application 212 is a receiving application AE2
  • the application 312 is a receiving application AE3.
  • the receiving application AE1 is arranged on the energy automation component 110 so that its address is stored in the forwarding table.
  • the receiving applications AE2 and AE3 are contained in the energy automation component 210 or 310 (EAE2 or EAE3), so that their addresses are stored in the forwarding table. This procedure is correspondingly carried out for all other applications that can be sending applications.
  • This type of routing table configuration can be proactive, i. initially before commissioning of the energy automation network 1 done.
  • the configuration can also be reactive.
  • a GOOSE message is received by the sending application AS (application 122 on the energy automation component 120) by the communication means 121.
  • the communication means 121 checks whether there is a forwarding table for the group 10 of applications. If there is no entry in the forwarding table of the communication means 121, then the communication means 121 contacts the central computer 500 or the SDN controller 520. This creates a forwarding entry or a forwarding table and transmits this or this to the communication means 121, so that there is now a forwarding table. This will then be used for the communication connections to be created.
  • the SDN controller 520 may be implemented as a component of the engineering tool 510 or separately.
  • This method links the network configuration closely with the automation function of GOOSE and thus enables easy administration of the entire energy automation network.
  • the sequence of transmitting GOOSE messages between energy automation components 110, 120, 130, 210, 310, 320 arranged in different substations 100, 200, 300 is as follows. It is again assumed that the application 122 would like to send a GOOSE message as a sending application AS, which is to be transmitted to the applications 112, 212, 312 belonging to its group 10 of applications as receiving applications AE1, AE2, AE3.
  • the application 122 sends out as a sending application AS a GOOSE message according to IEC 61850 in the communication network of the substation 100.
  • the communication means 121 ie, the virtual switch
  • the sending power automation component EAS receives the GOOSE message from the communication network.
  • a forwarding table is generated which includes the destination entries of the receiving power automation components 110, 210, 310 (EAE1, EAE2, EAE3) corresponding to the GOOSE message. Tunnels for each of the energy automation components 110, 210, 310 have already been set up to form an overlay network dedicated to this GOOSE service. From the routing table, the interface or interfaces are determined on which the GOOSE message is forwarded.
  • the next hop to which the GOOSE message is to be transmitted.
  • the GOOSE messages are encapsulated by the communication means 121 eg into IP unicast packets and transmitted over the public network.
  • the communication means 121 may, in an alternative, send the GOOSE message n times, i. in the present case three times, to the receiving energy automation components 110, 210, 310 specified in the routing table one after the other.
  • n is the number of receivers of the GOOSE message included in the forwarding table.
  • the receiving power automation components EAE1, EAE2, EAE3 behave as peers in a P2P network and forward the GOOSE message to another receiving power automation component.
  • the receiving power automation component EAE1 receives the GOOSE message from the sending power automation component EAS and forwards the message itself to the receiving power automation component EAE2.
  • the receiving power automation component EAE2 then forwards the GOOSE message to the receiving power automation component EAE3.
  • the sending energy automation component EAS or its communication means 121 thus only has to send out the message once.
  • This forwarding mechanism can be optimized to follow, for example, the communications architecture, which results in low latencies.
  • GOOSE is used for FLISR in a distribution network. Medium or low voltage networks are typically realized in ring form. As communication technology Powerline Communication (PLC) is used.
  • PLC Powerline Communication
  • the GOOSE Application Multicast Service is then configured to that the GOOSE message is hop-by-hop transmitted along the ring.
  • the message is received by the respective communication means 111, 211, 311 of the receiving communication component EAE1, EAE2, EAE3.
  • the communication medium forwards the message in the respective communication network of the substation as Ethernet multicast.
  • the GOOSE receiver may also directly be the corresponding power automation component.
  • the message is forwarded to the application AE1, AE2, AE3 belonging to the first group of applications, which then processes it.
  • the proposed method realizes a GOOSE-specific application overlay network. This means only GOOSE messages are distributed in this overlay network. The GOOSE messages are sent only to receiving power automation components specified in the appropriate system configuration.
  • the procedure has the advantage that a central configuration is possible. Further, no interference with the software or hardware of public network 400 components is required.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 (GOOSE) in einem Energieautomatisierungs-Netzwerk, das eine Anzahl an Umspannstationen umfasst. Die Erfindung betrifft ferner Energieautomatisierungskomponenten sowie Umspannstationen für Energieautomatisierungs-Netzwerke.
  • GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events) ist ein echtzeitfähiges Netzwerkprotokoll zur Steuerung von Geräten über Ethernet-Netzwerke. Es ist in dem Standard IEC 61850 spezifiziert. GOOSE sendet Nachrichten über den Zustand von einem Gerät regelmäßig in einem festen Intervall, zum Beispiel jede Sekunde. GOOSE-Nachrichten werden per Multicast gesendet, d.h. es können gleichzeitig mehrere Empfänger über den Zustand von einem Sender informiert werden.
  • Ein typischer Anwendungsfall von GOOSE ist die spontane Übertragung von Zustandsänderungen von Energieautomatisierungskomponenten, wie zum Beispiel Schalterstellung (Ein/Aus) von Schaltgeräten, oder anderen Zustandsmeldungen der Energieautomatisierungskomponente an weitere Energieautomatisierungskomponenten. Die Energieautomatisierungskomponenten sind zum Austausch der GOOSE-Nachrichten über Ethernet miteinander verbunden. Der Vorteil der Steuerung der Energieautomatisierungskomponenten über Ethernet gegenüber einer herkömmlichen, direkten Gerät-zu-Gerät-Verschaltung liegt in der freien Konfiguration der an das Netzwerk angeschlossenen Geräte. Für neue Sende- und Empfangsbeziehungen müssen keine neuen Kabel verlegt werden. Auch die Verbreitung von Ethernet und die Möglichkeit der Nutzung von Ethernet für weitere Dienste sind Gründe für eine Anwendung dieser Technik.
  • GOOSE-Nachrichten werden demgemäß auf Schicht 2 (Layer 2) des OSI-Referenzmodells übertragen. Dabei setzt eine GOOSE-Nachricht in einem Ethernet-Datenpaket das Ethertyp-Feld, wodurch eine Priorisierung der GOOSE-Nachricht gegenüber anderen Ethernet-Nachrichten möglich ist. Durch die Priorisierung werden GOOSE-Nachrichten gegenüber IP-Paketen in dem Netzwerk bevorzugt behandelt, sodass die Verzögerung innerhalb des Netzwerks möglichst gering ist und der Empfänger GOOSE-Nachrichten unter Einhaltung eines Zeitfensters erhält. Diese Protokoll-Struktur ermöglicht die Echtzeitfähigkeit von GOOSE.
  • Energieautomatisierungs-Netzwerke weisen eine Mehrzahl an Umspannstationen auf, wobei jede der Umspannstationen zumindest eine wie oben beschriebene Automatisierungskomponente und ein in der Regel Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk umfasst, über das die Energieautomatisierungskomponenten Nachrichten gemäß GOOSE austauschen können. Zur Steuerung des Energieautomatisierungs-Netzwerks ist es teils erforderlich, dass der Zustand einer Energieautomatisierungskomponente einer Umspannstation auch an Energieautomatisierungskomponenten in anderen Umspannstationen übermittelt wird. GOOSE in der ursprünglichen Ausprägung kann hierfür in der Regel nicht verwendet werden, da ein die Kommunikationsnetzwerke (Ethernet) der Umspannstationen verbindendes öffentliches Netzwerk in der Regel keine Multicast-Unterstützung aufweist oder diese lediglich gegen verhältnismäßig hohe Kosten anbietet. Das typischerweise auf dem Internet-Protokoll basierende öffentliche Netzwerk ist in Regel ein WAN (Wide Area Network), bei dem die Datenübertragung auf Schicht 3 (Layer 3) des OSI-Referenzmodells unter Nutzung von Routing-Algorithmen erfolgt.
  • Um dennoch die Übermittlung von GOOSE-Nachrichten über die Netzwerkgrenzen einer Umspannstation hinweg in das Kommunikationsnetzwerk einer anderen Umspannstation übertragen zu können, kann die Infrastruktur von Zugangsknoten zu dem öffentlichen Netzwerk angepasst werden. Dadurch ist es möglich, dass auch das öffentliche Netzwerk Nachrichten auf Schicht 2 des OSI-Referenzmodells übertragen kann. Dies kann beispielsweise wie in der Spezifikation "IEC 61850 GOOSE over WiMax for fast isolation and restoration of faults in distribution networks" beschrieben, realisiert werden.
  • In IEC 61850-90-5 wird vorgeschlagen, GOOSE-Nachrichten über IP-multicast und UDP vorzunehmen. Dies ist auch als "Routable GOOSE" bekannt.
  • Eine weitere Alternative bestünde darin, Layer-2-Tunnel in den Zugangsknoten zu dem öffentlichen Netzwerk, das heißt den Routern des öffentlichen Netzwerks aufzubauen.
  • Ein Nachteil der oben vorgeschlagenen Lösungsmöglichkeiten besteht darin, dass zum einen modifizierte Hardware an den Zugangspunkten zu dem öffentlichen Netzwerk erforderlich ist. Zum anderen ist die Konfiguration der einzelnen Energieautomatisierungskomponenten umständlich.
  • Aus der WO 2014/032688 A1 ist ein Verfahren bekannt, beim dem Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 über ein IPbasiertes Netz mittels eines Tunnelmechanismus übertragen werden. Der Tunnelmechanismus wird basierend auf einer zusätzlichen Protokollschicht realisiert.
  • Die Veröffentlichung "Inside the Cloud - Network Communications Basics for the Relay Engineer" von S. Ward, Protective Relay Engineers, 2008, 61st Annual Conference for, IEEE, Piscataway, JY, USA, 1. April 2008, S. 273-303 offenbart verschiedene Varianten einer Kommunikation zwischen IEC 61850-Substationen, wie z.B. die Nutzung von Tunnelmechanismen, die Verwendung von Gateways oder die Verwendung von Routern.
  • Die Veröffentlichung "Enhancing Power System Automation Through the Use of Real-Time Ethernet" von V. Skendzic et al., Power Systems Conference: Advanced Metering, Protection, Control, Communication, and Distributed Resources, 2006, IEEE, 1. März 2006, Seiten 480-495 offenbart verschiedene Möglichkeiten Nachrichten gemäß IEC 61850 über ein paketvermitteltes Netzwerk zu übertragen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Übertragen von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 (GOOSE) in einem Energieautomatisierungs-Netzwerk anzugeben, welches auf einfachere Weise und insbesondere ohne Hardware-Modifikationen realisierbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine dazu geeignete Energieautomatisierungskomponente sowie eine entsprechend eingerichtete Umspannstation anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Energieautomatisierungskomponente gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 12 und eine Umspannstation gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 13.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Übertragen von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 (GOOSE) in einem Energieautomatisierung-Netzwerk vorgeschlagen, das eine Anzahl an Umspannstationen umfasst. Jede der Umspannstationen umfasst zumindest eine Energieautomatisierungskomponente und ein Kommunikationsnetzwerk, über das die zumindest eine Energieautomatisierungskomponente Nachrichten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll austauschen können. Das erste Kommunikationsprotokoll ist insbesondere das Ethernet. Allgemein kann das erste Kommunikationsprotokoll jedes auf Schicht 2 des OSI-Referenzmodells basierende Protokoll sein.
  • Die Kommunikationsnetzwerke der Umspannstationen sind über ein öffentliches, auf einem zweiten Kommunikationsprotokoll, insbesondere dem Internet Protokoll, basierendes Netzwerk ohne Multicast-Unterstützung zum Austausch von Nachrichten miteinander verbunden. Das öffentliche Netzwerk kann beispielsweise das Internet oder ein globales Firmen-, Industrie- oder Utility-Netzwerk sein.
  • Jede der Energieautomatisierungskomponenten umfasst zumindest eine Applikation zu deren Steuerung. Zwischen Applikationen, die zu einer Gruppe gehören und in Energieautomatisierungskomponenten zumindest zweier Umspannstationen angeordnet sind können Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 (GOOSE) ausgetauscht werden.
  • Jede der Energieautomatisierungskomponenten umfasst ein Kommunikationsmittel, welches zur Verarbeitung von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 (GOOSE) ausgebildet ist. Das Kommunikationsmittel kann in Software oder Hardware realisiert sein. Es kann als virtueller Switch betrachtet werden.
  • Bei dem Verfahren wird durch eine erste Applikation einer sendenden Energieautomatisierungskomponente eine Nachricht gemäß dem Standard IEC 61850 ausgesendet. Die Nachricht wird durch das Kommunikationsmittel der sendenden Energieautomatisierungskomponente empfangen, verarbeitet und über das Kommunikationsnetzwerk der Umspannstation, in der die sendende Energieautomatisierungskomponente angeordnet ist, und/oder das öffentliche Netzwerk an zumindest eine zweite Applikation übertragen. Die Nachricht wird von dem oder den Kommunikationsmitteln der eine jeweilige zweite Applikation umfassenden empfangenden Energieautomatisierungskomponente empfangen, verarbeitet und an die zugeordnete zweite Applikation weitergeleitet.
  • Erfindungsgemäß gehört die erste Applikation zu einer bestimmten Gruppe von Applikationen und die zumindest eine zweite Applikation gehört zu der gleichen Gruppe von Applikationen.
  • Die Kommunikationsmittel einer jeweiligen Energieautomatisierungskomponente werden konfiguriert, indem für jede in der betreffenden Energieautomatisierungskomponente enthaltene Applikation als erste Applikation eine Information erzeugt wird, welche eine jeweilige Addressinformation der empfangenen Energieautomatisierungskomponenten für die gleiche Gruppe, zu der die betreffende zweite Applikation gehörig ist, umfasst. Mit anderen Worten erfolgt eine Konfiguration der Adressen von anderen Energieautomatisierungskomponenten, welche eine auszusendende GOOSE-Nachricht empfangen sollen.
  • Schließlich wird zum Übertragen der Nachricht von der sendenden Energieübertragungskomponente mittels der Adressinformationen der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten ein Tunnel zu der oder den empfangenden Energieautomatisierungskomponenten über das öffentliche Netzwerk aufgebaut. Durch den oder die Tunnel wird das oben erwähnte "Overlay-Netzwerk" für die Übertragung von GOOSE-Nachrichten über ein öffentliches Netzwerk ohne Multicast-Unterstützung ermöglicht.
  • Durch das Verfahren ist es möglich, Nachrichten einer die Schicht 2 des OSI-Referenzmodells nutzenden Applikation, wie zum Beispiel GOOSE, über ein Layer-3-Unicast-Netzwerk zu übertragen, wodurch GOOSE-Nachrichten auch in verteilten IP-Netzwerken ohne Layer-3 Multicast-Unterstützung übertragen werden können. Insbesondere ist eine Ende-zu-Ende Schicht-2-Infrastruktur über ein öffentliches Netzwerk (d.h. ein WAN) nicht erforderlich.
  • Im Gegensatz zu einem Layer-2-VPN-Netzwerk, welches durch einen Zugangsknoten des öffentlichen Netzwerks bereitgestellt würde, realisiert das vorgeschlagene Verfahren ein spezifisches Applikationsnetzwerk, in dem Nachrichten gemäß dem ersten Kommunikationsprotokoll verteilt werden. Das spezifische Applikationsnetzwerk wird in dieser Beschreibung auch als "Overlay-Netzwerk" bezeichnet. GOOSE-Nachrichten können so an vordefinierte Empfänger übertragen werden, unabhängig davon, ob sich diese im gleichen Netzwerk wie der Sender oder in einem durch ein IP-Netz ohne Multicast-Unterstützung getrennten, anderen Netzwerk befinden.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die für die Übertragung erforderliche Konfiguration direkt auf bzw. in der Energieautomatisierungskomponente durchgeführt werden kann. Hierdurch ist es nicht erforderlich, Hardwareänderungen, insbesondere an Komponenten des öffentlichen Netzwerks, vorzunehmen. Im Ergebnis werden damit keine speziellen Anforderungen an das die Umspannstationen datentechnisch verbindende öffentliche Netzwerk gestellt.
  • Die erzeugte Information kann eine Weiterleitungstabelle sein. Die Information kann beispielsweise in dem Kommunikationsmittel gespeichert sein. Die Information kann auch in einem Speicher der Energieautomatisierungskomponente gespeichert sein. Es versteht sich, dass für jede Applikation einer Energieautomatisierungskomponente eine zugeordnete Information bzw. Weiterleitungstabelle konfiguriert und gespeichert wird.
  • Die Erzeugung der Information kann durch einen zentralen Rechner gleichzeitig für alle Energieautomatisierungskomponente vor der Inbetriebnahme des Energieautomatisierungs-Netzwerks erfolgen. Beispielsweise kann die Information von dem zentralen Rechner an sämtliche Energieautomatisierungskomponenten des Energieautomatisierungs-Netzwerks übertragen werden.
  • Alternativ kann die Erzeugung der Information, insbesondere im laufenden Betrieb des Energieautomatisierungs-Netzwerks, in Reaktion auf den Erhalt einer Anfrage-Nachricht von einer der Energieautomatisierungskomponenten erfolgen. Hierzu kann beispielsweise beim Empfangen einer GOOSE-Nachricht durch das Kommunikationsmittel einer Energieautomatisierungskomponente, deren Applikation eine GOOSE-Nachricht aussendet, für den Fall, dass keine Information in dem Kommunikationsmittel vorliegt, die Anfrage-Nachricht an den zentralen Rechner übertragen werden. Der zentrale Rechner erstellt dann eine entsprechende Information und überträgt diese an das Kommunikationsmittel bzw. die Energieautomatisierungskomponente, von der die Anfrage-Nachricht stammt. Dieses Vorgehen ist zweckmäßig, wenn beispielsweise eine neue Energieautomatisierungskomponente zu dem Netzwerk einer Umspannstation hinzugefügt wird.
  • Die einer jeweiligen Applikation zugeordnete Information kann in einer SCL (System Configuration description Language)-Konfigurationsdatei spezifiziert und bereitgestellt werden.
  • Die Information kann statische IP-Adressen der empfangenden Energieautomatisierungskomponente enthalten. Dies ist beispielsweise dann zweckmäßig wenn statische IP-Adressen in dem öffentlichen Netzwerk genutzt werden können. Die Konfiguration der Kommunikationsverbindungen zwischen einer sendenden Energieautomatisierungskomponente und einer oder mehreren empfangenden Energieautomatisierungskomponente(n) kann analog wie in der Umspannstation erfolgen.
  • Die Information jeder Energieautomatisierungskomponente kann zur Laufzeit des Energieautomatisierungs-Netzwerks verändert werden. Dies ergibt sich aus dem Umstand, dass die Konfigurationsdaten nicht in einer Komponente des öffentlichen Netzwerks, sondern in den Energieautomatisierungskomponenten enthalten sind, die unter der Kontrolle und dem Zugriff eines Betreibers des Energieautomatisierungs-Netzwerks sind.
  • Die Nachrichten können gemäß IEC 61850 durch das Kommunikationsmittel der sendenden Energieübertragungskomponente in Nachrichten des öffentlichen Netzwerks gemäß dem Internet Protokoll enkapsuliert werden.
  • Die Übertragung einer auszusendenden GOOSE-Nachricht an alle Empfänger kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In einer ersten Variante sendet die sendende Energieübertragungskomponente die zu sendende n Mal aus, wobei n der Anzahl der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten entspricht, die der sendenden ersten Applikation in der Information zugeordnet sind. In diesem Fall tunnelt das Kommunikationsmittel die auszusendende GOOSE-Nachricht n mal an alle n in der Information enthaltenen Empfänger, d.h. Energieautomatisierungskomponenten.
  • In einer Alternative sendet die sendende Energieautomatisierungskomponente die zu sendende Nachricht einmal aus, wobei eine erste empfangende Energieautomatisierungskomponente diese an eine andere, zweite empfangende Energieautomatisierungskomponente weiterleitet. Diese Weiterleitung wird entsprechend der Anzahl der Empfänger wiederholt bis alle Empfänger die Nachricht erhalten haben. In diesem Fall verhält sich jeder Empfänger, d.h. jede empfangende Energieautomatisierungskomponente als sog. Peer in einem Peer-to-Peer(P2P)-Netzwerk und leitet die Nachricht an andere Empfänger, d.h. Energieautomatisierungskomponenten, weiter. Dies hat zur Folge, dass die sendende Energieautomatisierungskomponente die GOOSE-Nachricht nicht n mal versenden braucht, sondern lediglich ein einziges Mal an eine empfangende Energieautomatisierungskomponente, die die Nachricht dann weiterleitet. Die Weiterleitung kann so optimiert werden, dass der Lauf der Nachricht der Kommunikationsarchitektur folgt und damit geringe Latenzen entstehen. Dies ist beispielsweise bei der Realisierung des Energieübertragungs-Netzwerks als Ring zweckmäßig. Die GOOSE-Nachricht kann dann entlang des Rings "hopby-hop" übertragen werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung leitet jede eine Nachricht empfangende Energieautomatisierungskomponente die empfangene Nachricht in dem Kommunikationsnetzwerk der Umspannstation, in der sie angeordnet ist, als Multicast weiter.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Energieautomatisierungskomponente für eine Umspannstation vorgeschlagen. Die Energieautomatisierungskomponente umfasst zumindest eine Applikation zu deren Steuerung, wobei jede Applikation zur Verarbeitung von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 eingerichtet ist und zu einer Gruppe von Applikationen gehört, die in entsprechenden Energieautomatisierungskomponenten zumindest zweier Umspannstationen angeordnet sind. Die Energieautomatisierungskomponente umfasst ferner ein Kommunikationsmittel, das zur Verarbeitung von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 ausgebildet ist und diese in Nachrichten eines öffentlichen Netzwerks, das auf dem Internet Protokoll basiert und Multicast nicht unterstützt, enkapsulieren kann.
  • Die Energieautomatisierungskomponente umfasst eine Information oder kann auf diese zugreifen, welche eine jeweilige Adressinformation von empfangenden Energieautomatisierungskomponenten für die gleiche Gruppe, zu der die betreffende Applikation der Energieautomatisierungskomponente gehörig ist.
  • Das Kommunikationsmittel einer sendenden Energieautomatisierungskomponente ist dazu ausgebildet, einen Tunnel zu den empfangenden Energieautomatisierungskomponenten aufzubauen, zu denen eine Adressinformation gespeichert ist.
  • Die Energieautomatisierungskomponente weist die gleichen Vorteile auf, wie diese oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurde.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Umspannstation für ein Energieautomatisierungs-Netzwerk vorgeschlagen, das zumindest eine Energieautomatisierungskomponente der oben beschriebenen Art umfasst.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energieautomatisierungs-Netzwerks mit erfindungsgemäß ausgebildeten Energieautomatisierungskomponenten in mehreren Umspannstationen.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energieautomatisierungs-Netzwerks 1. Das Energieautomatisierungs-Netzwerk 1 umfasst beispielhaft drei Umspannstationen 100, 200 und 300. Die Umspannstationen 100, 200, 300 sind räumlich getrennt voneinander angeordnet. Die Umspannstationen, die auch als Umspannwerke bezeichnet werden, sind Teil eines elektrischen Versorgungsnetzes und dienen der Verbindung unterschiedlicher Spannungsebenen. In einer dem Fachmann bekannten Weise umfassen Umspannstationen neben Leistungstransformatoren, Schaltanlagen und Einrichtungen zur Mess- und Regeltechnik.
  • Für das Verständnis der Erfindung sind die für die Verbindung unterschiedlicher Spannungsebenen erforderlichen Komponenten von untergeordneter Bedeutung. Da dem Fachmann die hierzu notwendigen Komponenten und Verschaltungen bekannt sind, wird auf eine eingehende Beschreibung an dieser Stelle verzichtet. In der nachfolgenden Beschreibung wird daher lediglich auf die für eine Steuerung des Energieautomatisierungs-Netzwerks 1 erforderlichen Kommunikationskomponenten eingegangen.
  • Zu diesem Zweck umfasst jede der Umspannstationen 100, 200, 300 eine oder mehrere Energieautomatisierungskomponenten und ein Kommunikationsnetzwerk, über das die jeweiligen Energieautomatisierungskomponenten einer Umspannstation Nachrichten austauschen können.
  • Lediglich beispielhaft umfasst die Umspannstation 100 drei Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130. Das die Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130 zum Austausch von Nachrichten verbindende Kommunikationsnetzwerk ist nicht explizit dargestellt. Das Kommunikationsnetzwerk basiert auf dem Ethernet, so dass Nachrichten auf Schicht 2 (Layer-2) des OSI-Referenzmodells ausgetauscht werden.
  • Jede der Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130 weist eine Anzahl an Applikationen auf. Beispielhaft ist auf der Energieautomatisierungskomponente 110 eine einzige Applikation 112 vorgesehen. Auf der Energieautomatisierungskomponente 120 sind beispielhaft zwei Applikationen 122, 123 vorgesehen. Auf der Energieautomatisierungskomponente 130 ist beispielhaft eine einzige Applikation 132 vorgesehen.
  • In entsprechender Weise weist die Umspannstation 200 lediglich beispielhaft eine einzige Energieautomatisierungskomponente 210 auf. Auf der Energieautomatisierungskomponente 210 sind wiederum lediglich beispielhaft zwei Applikationen 212, 213 angeordnet.
  • Lediglich zum Zwecke der Illustration umfasst die Umspannstation 300 zwei Energieautomatisierungskomponenten 310, 320. Jede der Energieautomatisierungskomponenten 310, 320 umfasst zwei Applikationen. Zwei Applikationen 312, 313 sind auf der Energieautomatisierungskomponente 310 angeordnet. Ebenfalls zwei Applikationen 322, 323 sind auf der Energieautomatisierungskomponente 320 angeordnet.
  • Auch für die Umspannstationen 200, 300 sind der Einfachheit halber jeweilige Kommunikationsnetzwerke nicht explizit dargestellt, die eine Kommunikation der in einer jeweiligen Umspannstation 200, 300 enthaltenen Energieautomatisierungskomponenten untereinander ermöglichen.
  • Eine Übertragung von Nachrichten zwischen den Energieautomatisierungskomponenten untereinander basiert auf dem Standard IEC 61850 (GOOSE), einem echtzeitfähigen Netzwerkprotokoll zur Steuerung der Energieautomatisierungskomponenten über das Ethernet-Kommunikationsnetzwerk (kurz: Ethernet-Netzwerk oder Ethernet), an das sie angeschlossen sind. Gemäß der Spezifikation versendet GOOSE Nachrichten über den Zustand einer Energieautomatisierungskomponente regelmäßig in einem festen Intervall. Die Nachrichten werden von anderen Energieautomatisierungskomponenten empfangen und verarbeitet, was ggf. ebenfalls zu einem Zustandswechsel der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten führt.
  • Da der Schaltzustand bzw. ein Zustandswechsel einer Energieautomatisierungskomponente einer Umspannstation unter Umständen nicht nur für eine andere Automatisierungskomponente der gleichen Umspannstation, sondern auch für Energieautomatisierungskomponenten einer oder mehrerer anderer Umspannstationen von Bedeutung ist, sind die Kommunikationsnetzwerke der jeweiligen Umspannstationen 100, 200, 300 über ein öffentliches, auf dem Internet Protokoll basierendes Netzwerk ohne Multicast-Unterstützung zum Austausch von Nachrichten miteinander verbunden. Die Verbindung der Kommunikationsnetzwerke der Umspannstationen 100, 200, 300 erfolgt über den Umspannstationen zugeordnete Netzwerkknoten 410, 420, 430, z.B. Router. Damit ist es beispielsweise einer Energieautomatisierungskomponente der Umspannstation 100 möglich Nachrichten mit einer Energieautomatisierungskomponente in den Umspannstationen 200 oder 300 auszutauschen.
  • Die Übertragung von Nachrichten innerhalb des öffentlichen Netzwerks 400, welches beispielsweise das Internet oder ein globales Netzwerk darstellt, erfolgt aus technischen Gründen und/oder aus Kostengründen in der Regel auf Schicht 3 des OSI-Referenzmodells. Dies bedeutet, soll eine Nachricht von einem ersten Kommunikationsknoten des öffentlichen Netzwerks 400 zu einem zweiten Kommunikationsknoten des öffentlichen Netzwerks 400 übertragen werden, so wird hierzu eine Route und eine Ende-zu-Ende Verbindung erstellt. Dieses Routing erfolgt auf Schicht 3 (Layer-3) des OSI-Referenzmodells. Da dieses von Haus aus kein Multicast unterstützt, was für die Verwendung von mittels GOOSE ausgesendeten Nachrichten erforderlich ist, wird ein Vorgehen vorgeschlagen, das auch in verteilten Routing-Netzwerken eine Layer-2-Nachrichtenübertragung erlaubt, ohne eine Ende-zu-Ende Layer-2 Infrastruktur über das öffentliche Netzwerk 400 voraussetzen zu müssen.
  • Hierzu verfügen sämtliche der Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130, 210, 310, 320 über ein ihnen zugeordnetes Kommunikationsmittel 111, 121, 131, 211, 311, 321. Durch diese Kommunikationsmittel ist es nicht erforderlich, spezielle Netzwerkkomponenten in dem öffentlichen Netzwerk 400 einzusetzen. Die notwendige Netzwerkintelligenz wird durch die Kommunikationsmittel 111, 121, 131, 211, 311, 321 in Gestalt eines virtuellen Switches auf der zugeordneten Energieautomatisierungskomponente 110, 120, 130, 210, 310, 320 selbst realisiert. Dies kann beispielsweise mittels OpenvSwitch realisiert werden.
  • Die Kommunikationsmittel 111, 121, 131, 211, 311, 321 übernehmen die Funktionen eines Tunnelaufbaus zwischen virtualisierten Switches (Kommunikationsmitteln), die Identifikation von GOOSE-Nachrichten sowie des Weiterleitens von GOOSE-Nachrichten über ein entsprechendes Tunnel-Interface. Für den Tunnel können verschiedene Enkapsulierungsprotokolle genutzt werden. Beispielsweise kann hierzu das "Stateless Transport Tunneling Protocol for Network Virtualization (STT)" genutzt werden.
  • Die Konfiguration der Kommunikationsmittel 111, 121, 131, 211, 311, 321, welche in Gestalt von Software oder Hardware ausgebildet sein können, kann durch einen zentralen Rechner 500 realisiert werden. Der zentrale Rechner 500 umfasst hierzu ein Engineering Tool 510 und einen sog. SDN (Software Defined Networks) Controller 520. Mittels des Engineering Tools 510 erfolgt eine Konfiguration der Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130, 210, 310, 320 sämtlicher Umspannstationen 100, 200, 300. Im Rahmen der Konfiguration erfolgt eine Parametrierung sämtlicher Energieautomatisierungskomponenten. Dies bedeutet, es wird festgelegt, welche Energieautomatisierungskomponenten logisch zusammen gehören. Die logische Zusammengehörigkeit wird durch die Zuordnung einer jeweiligen Applikation der Energieautomatisierungskomponenten zu einer jeweiligen Gruppe hergestellt.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind drei logische Gruppen 10, 20, 30 vorgesehen. So gehören beispielhaft die Applikation 112 der Energieautomatisierungskomponente 110, die Applikation 122 der Energieautomatisierungskomponente 120, die Applikation 212 der Energieautomatisierungskomponente 210 und die Applikation 312 der Energieautomatisierungskomponente 310 zu einer ersten Gruppe 10 von Applikationen. Die Applikation 123 der Energieautomatisierungskomponente 120, die Applikation 213 der Energieautomatisierungskomponente 210, die Applikation 313 der Energieautomatisierungskomponente 310 und die Applikation 322 der Energieautomatisierungskomponente 320 gehören zu einer zweiten Gruppe 20 von Applikationen. Die Applikation 132 der Energieautomatisierungskomponente 130 und die Applikation 322 der Energieautomatisierungskomponente 320 sind einer dritten Gruppe 30 von Applikationen zugeordnet.
  • Die logische Gruppierung der Applikationen in Verbindung mit den, einer jeweiligen Energieautomatisierungskomponente zugeordneten Kommunikationsmitteln hat zur Folge, dass beispielsweise beim Aussenden einer GOOSE-Nachricht durch die Applikation 122 (sendende Applikation AS) der ersten Gruppe 10 die GOOSE-Nachricht über ein der ersten Gruppe 10 zugeordnetes, logisches Kommunikationsnetzwerk 1000 lediglich an die Energieautomatisierungskomponenten 110, 210 und 310 (empfangende Energieautomatisierungskomponenten EAE1, EAE2, EAE3) übertragen wird, welche zu der ersten Gruppe 10 gehörige Applikationen 112, 212, 312 (empfangende Applikationen AE1, AE2, AE3) umfassen. Obwohl die GOOSE-Nachricht von der Energieautomatisierungskomponente 120 bzw. deren Kommunikationsmittel 121 gemäß der Spezifikation von GOOSE als Multicast ausgesendet wird, hat dies zur Folge, dass die Energieautomatisierungskomponente 130, welche keine zur ersten Gruppe 10 von Applikationen gehörige Applikation umfasst, diese GOOSE-Nachricht nicht erhält. Dadurch wird das Kommunikationsnetzwerk der Substation 100 von unnötiger Kommunikation befreit.
  • Für jede der weiteren logischen Gruppierungen von Applikationen, d.h. jede der Gruppen 20, 30, ist in der oben beschriebenen Weise ein eigenes, logisches Kommunikationsnetzwerk 2000, 3000 erzeugt.
  • Die Konfiguration und Parametrierung der Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130, 210, 310, 320 und die damit zwischen den einzelnen Energieautomatisierungskomponenten einhergehenden Kommunikationsverbindungen werden in einer Planungsphase, z.B. nach IEC 61850 in der sog. Substation Configuration Language (SCL), spezifiziert. Zur Konfiguration der Kommunikationsmittel 111, 121, 131, 211, 311, 321 können z.B. statische IP-Adressen, sofern diese von dem öffentlichen Netzwerk 400 unterstützt werden, verwendet werden. Dabei wird zwischen jeder möglichen sendenden Energieautomatisierungskomponente und jeder zugeordneten, empfangenden Energieautomatisierungskomponente gemäß der logischen Gruppierung eine Kommunikationsverbindung konfiguriert. Die betreffenden Applikationen bekommen die Konfiguration in der SCL spezifiziert. In den Kommunikationsmitteln werden die Tunnel z.B. manuell konfiguriert und entsprechende Weiterleitungsregel definiert. Das Engineering Tool 510 speichert und verwaltet entsprechende SCL-Konfigurationsdateien und kann diese Dateien oder Teile davon an entsprechenden Netzwerkkomponenten übermitteln.
  • Alternativ kann eine zentralisierte Konfiguration der Kommunikationsmittel 111, 121, 131, 211, 311, 321 erfolgen. Diese Konfiguration erfolgt durch den SDN-Controller 520 des zentralen Rechners. Der SDN-Controller 520 kann die Tunnel zwischen den einzelnen Kommunikationsmitteln konfigurieren und aktivieren. Hierzu werden Weiterleitungstabellen in den Kommunikationsmitteln konfiguriert. Eine solche Weiterleitungstabelle wird für jede Applikation 111, 121, 131, 211, 311, 312 der Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130, 210, 310, 320 konfiguriert.
  • Es wird beispielsweise angenommen, dass die Applikation 122 der Energieautomatisierungskomponente 120 eine sendende Applikation AS und die Energieautomatisierungskomponente 120 eine sendende Energieautomatisierungskomponente EAS ist. Die Applikation 122 gehört zur ersten Gruppe 10 von Applikationen. In der Weiterleitungstabelle für die Applikation 122 werden daher die Adressen sämtlicher verbleibender Applikationen, welche zur ersten Gruppe 10 von Applikationen gehören, hinterlegt. In diesem Beispiel stellt die Applikation 112 eine empfangende Applikation AE1, die Applikation 212 eine empfangende Applikation AE2 und die Applikation 312 eine empfangende Applikation AE3 dar. Die empfangende Applikation AE1 ist auf der Energieautomatisierungskomponente 110 angeordnet, so dass deren Adresse in der Weiterleitungstabelle hinterlegt wird. Die empfangenden Applikationen AE2 und AE3 sind in der Energieautomatisierungskomponente 210 bzw. 310 (EAE2 bzw. EAE3) enthalten, so dass deren Adressen in der Weiterleitungstabelle hinterlegt werden. Dieses Vorgehen wird entsprechend für alle weiteren Applikationen, die sendende Applikationen sein können, entsprechend durchgeführt. Diese Art der Konfiguration der Weiterleitungstabellen kann proaktiv, d.h. initial vor der Inbetriebnahme des Energieautomatisierungs-netzwerks 1 erfolgen.
  • Alternativ kann die Konfiguration auch reaktiv erfolgen. In diesem Fall wird beispielsweise eine GOOSE-Nachricht von der sendenden Applikation AS (Applikation 122 auf der Energieautomatisierungskomponente 120) durch das Kommunikationsmittel 121 empfangen. Das Kommunikationsmittel 121 überprüft, ob eine Weiterleitungstabelle für die Gruppe 10 von Applikationen vorliegt. Liegt kein Eintrag in der Weiterleitungstabelle des Kommunikationsmittels 121 vor, so kontaktiert das Kommunikationsmittel 121 den zentralen Rechner 500 bzw. den SDN-Controller 520. Dieser erstellt einen Weiterleitungseintrag bzw. eine Weiterleitungstabelle und überträgt diesen bzw. diese an das Kommunikationsmittel 121, so dass nun eine Weiterleitungstabelle vorliegt. Diese wird dann für die zu erstellenden Kommunikationsverbindungen genutzt.
  • Der SDN-Controller 520 kann als Komponente des Engineering Tools 510 oder separat davon realisiert sein.
  • Dieses Verfahren verknüpft die Netzwerkkonfiguration eng mit der Automatisierungsfunktion von GOOSE und ermöglicht somit eine einfache Administration des gesamten Energieautomatisierungs-Netzwerks.
  • Der Ablauf der Übertragung von GOOSE-Nachrichten zwischen in verschiedenen Umspannstationen 100, 200, 300 angeordneten Energieautomatisierungskomponenten 110, 120, 130, 210, 310, 320 ist wie folgt. Es wird dabei wiederum davon ausgegangen, dass die Applikation 122 als sendende Applikation AS eine GOOSE-Nachricht senden möchte, welche an die zu ihrer Gruppe 10 von Applikationen gehörigen Applikationen 112, 212, 312 als empfangende Applikationen AE1, AE2, AE3 übertragen werden soll.
  • Die Applikation 122 sendet als sendende Applikation AS eine GOOSE-Nachricht gemäß IEC 61850 im Kommunikationsnetzwerk der Umspannstation 100 aus. Das Kommunikationsmittel 121 (d.h. der virtuelle Switch) der sendenden Energieautomatisierungskomponente EAS empfängt die GOOSE-Nachricht aus dem Kommunikationsnetzwerk. In dem Kommunikationsmittel 121 wurde, wie oben beschrieben, eine Weiterleitungstabelle erzeugt, die die für die GOOSE-Nachricht jeweiligen Zieleinträge der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten 110, 210, 310 (EAE1, EAE2, EAE3) beinhaltet. Tunnel zu jeder der Energieautomatisierungskomponenten 110, 210, 310 wurden bereits aufgebaut und bilden so ein für diesen GOOSE Service dediziertes Overlay-Netzwerk. Aus der Weiterleitungstabelle wird das bzw. werden die Schnittstellen ermittelt, auf denen die GOOSE-Nachricht weitergeleitet wird. Hierunter ist der nächste Hop, an den die GOOSE-Nachricht übertragen werden soll, zu verstehen. Dies könnte beispielsweise der Router 410 des öffentlichen Netzwerks 400 in Fig. 1 sein. Abhängig vom Tunnelmechanismus werden die GOOSE-Nachrichten durch das Kommunikationsmittel 121 z.B. in IP-Unicast-Pakete enkapsuliert und über das öffentliche Netzwerk übertragen.
  • Das Kommunikationsmittel 121 kann in einer Alternative die GOOSE-Nachricht n Mal, d.h. im vorliegenden Fall drei Mal, an die in der Weiterleitungstabelle spezifizierten empfangenden Energieautomatisierungskomponenten 110, 210, 310 nacheinander aussenden. Allgemein ist n die Anzahl der in der Weiterleitungstabelle enthaltenen Empfänger der GOOSE-Nachricht.
  • In einer alternativen Ausgestaltung verhalten sich die empfangenden Energieautomatisierungskomponenten EAE1, EAE2, EAE3 als Peers in einem P2P-Netzwerk und leiten die GOOSE-Nachricht an eine andere empfangende Energieautomatisierungskomponente weiter. Beispielsweise empfängt die empfangende Energieautomatisierungskomponente EAE1 die GOOSE-Nachricht von der sendenden Energieautomatisierungskomponente EAS und leitet die Nachricht selbst an die empfangende Energieautomatisierungskomponente EAE2 weiter. Die empfangende Energieautomatisierungskomponente EAE2 leitet die GOOSE-Nachricht dann an die empfangende Energieautomatisierungskomponente EAE3 weiter.
  • Die sendende Energieautomatisierungskomponente EAS bzw. deren Kommunikationsmittel 121 muss die Nachricht somit lediglich ein einziges Mal aussenden. Dieser Weiterleitungsmechanismus kann so optimiert werden, dass er beispielsweise der Kommunikationsarchitektur folgt, wodurch geringe Latenzen entstehen. Beispielsweise wird für FLISR in einem Verteilnetz GOOSE verwendet. Mittel- oder Niederspannungsnetzwerke sind typischerweise in Ringform realisiert. Als Kommunikationstechnologie wird Powerline Communication (PLC) verwendet. Der GOOSE-Applikations-Multicast-Service wird dann so konfiguriert, dass die GOOSE-Nachricht entlang des Rings hop-by-hop übertragen wird.
  • Die Nachricht wird durch das jeweilige Kommunikationsmittel 111, 211, 311 der empfangenden Kommunikationskomponente EAE1, EAE2, EAE3 empfangen. Das Kommunikationsmittel leitet die Nachricht im jeweiligen Kommunikationsnetzwerk der Umspannstation als Ethernet-Multicast weiter. Alternativ kann der GOOSE-Empfänger auch direkt die entsprechende Energieautomatisierungskomponente sein. Innerhalb der Energieautomatisierungskomponente EAE1, EAE2, EAE3 wird die Nachricht an die zu der ersten Gruppe von Applikationen gehörige Applikation AE1, AE2, AE3 weitergeleitet, welche diese dann verarbeitet.
  • Im Gegensatz zu einem Layer-2-VPN, welches eine Konfiguration des VPN (Virtual Private Network) in einem Router des öffentlichen Netzwerks erfordert, realisiert das vorgeschlagene Verfahren ein GOOSE-spezifisches Applikations-Overlay-Netzwerk. Dies bedeutet, nur GOOSE-Nachrichten werden in diesem Overlay-Netzwerk verteilt. Die GOOSE-Nachrichten werden nur an empfangende Energieautomatisierungskomponenten gesendet, die in der entsprechenden Systemkonfiguration spezifiziert sind.
  • Das Vorgehen weist den Vorteil auf, dass eine zentrale Konfiguration möglich ist. Ferner sind keine Eingriffe in die Software oder Hardware von Komponenten des öffentlichen Netzwerks 400 erforderlich.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Übertragen von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 in einem Energieautomatisierungs-Netzwerk (1), das eine Anzahl an Umspannstationen (100; 200; 300) umfasst, wobei
    - jede der Umspannstationen (100; 200; 300) zumindest eine Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) und ein Kommunikationsnetzwerk umfasst, über das die zumindest eine Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) Nachrichten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll austauschen können;
    - die Kommunikationsnetzwerke der Umspannstationen (100, 200, 300) über ein öffentliches, auf einem zweiten Kommunikationsprotokoll, insbesondere dem Internet Protokoll, basierendes Netzwerk (400) zum Austausch von Nachrichten miteinander verbunden sind;
    - jede der Energieautomatisierungskomponenten (110, 120, 130; 210; 310, 320) zumindest eine Applikation (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323) zu deren Steuerung umfasst, wobei zwischen Applikationen (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323), die zu einer Gruppe (10, 20 30) gehören und in Energieautomatisierungskomponenten (110, 120, 130; 210; 310, 320) zumindest zweier Umspannstationen (100, 200, 300) angeordnet sind, Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 ausgetauscht werden können;
    - jede der Energieautomatisierungskomponenten (110, 120, 130; 210; 310, 320) ein Kommunikationsmittel (111, 121, 131; 211; 311, 321) umfasst, welches zur Verarbeitung von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 ausgebildet ist, bei dem
    a) durch eine erste Applikation (AS) einer sendenden Energieautomatisierungskomponente (EAS) eine Nachricht gemäß dem Standard IEC 61850 ausgesendet wird;
    b) die Nachricht durch das Kommunikationsmittel (121) der sendenden Energieautomatisierungskomponente (EAS) empfangen, verarbeitet und über das Kommunikationsnetzwerk der Umspannstation (100), in der die sendende Energieautomatisierungskomponente (EAS) angeordnet ist, und/oder das öffentliche Netzwerk (400) an zumindest eine zweite Applikation (112; 212; 312) übertragen wird;
    c) die Nachricht von dem oder den Kommunikationsmitteln (111) der eine jeweilige zweite Applikation (AE1; AE2; AE3) umfassenden empfangenen Energieautomatisierungskomponente (EAE1; EAE2; EAE3) empfangen, verarbeitet und an die zugeordnete zweite Applikation (AE1; AE2; AE3) weitergeleitet wird;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die erste Applikation (AS) zu einer bestimmten Gruppe (10) von Applikationen gehört und die zumindest eine zweite Applikation (112; 212; 312) zu der gleichen Gruppe (10) gehört;
    - die Kommunikationsmittel (111, 121, 131; 211; 311, 321) einer jeweiligen Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) konfiguriert werden, indem für jede in der betreffenden Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) enthaltene Applikation (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323) als erste Applikation (AS) eine Information erzeugt wird, welche eine jeweilige Adressinformation der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) für die gleiche Gruppe (10, 20, 30), zu der die betreffende zweite Applikation (AE1; AE2; AE3) gehörig ist, umfasst;
    - zum Übertragen der Nachricht von der sendenden Energieübertragungskomponente (EAS) mittels der Adressinformationen der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) ein Tunnel zu den empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) über das öffentliche Netzwerk (400) aufgebaut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erzeugte Information eine Weiterleitungstabelle ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erzeugung der Information durch einen zentralen Rechner (500) gleichzeitig für alle Energieautomatisierungskomponenten (110, 120, 130; 210; 310, 320) vor der Inbetriebnahme des Energieautomatisierungs-Netzwerks (1) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erzeugung der Information, insbesondere im laufenden Betrieb des Energieautomatisierungs-Netzwerks (1), in Reaktion auf den Erhalt einer Anfrage-Nachricht von einer der Energieautomatisierungskomponenten (110, 120, 130; 210; 310, 320) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Information in einer SCL-Konfigurationsdatei bereit gestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Information statische IP-Adressen der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) enthält.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Information jeder Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) zur Laufzeit des Energieautomatisierungs-Netzwerks (1) veränderbar ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nachrichten gemäß IEC 61850 durch das Kommunikationsmittel der sendenden Energieübertragungskomponente (EAS) in Nachrichten des öffentlichen Netzwerks (400) gemäß dem Internet Protokoll enkapsuliert werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die sendende Energieübertragungskomponente (EAS) die zu sendende Nachricht n Mal aussendet, wobei n der Anzahl der empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) entspricht, die der sendenden ersten Applikation (EAS) in der Information zugeordnet sind.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die sendende Energieautomatisierungskomponente (EAS) die zu sendende Nachricht einmal aussendet, wobei eine erste empfangende Energieautomatisierungskomponente (EAE2) diese an eine andere, zweite empfangende Energieautomatisierungskomponente (EAE3) weiterleitet.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede eine Nachricht empfangende Energieautomatisierungskomponente (EAE1; EAE2; EAE3) die empfangene Nachricht in dem Kommunikationsnetzwerk der Umspannstation (100, 200, 300), in der sie angeordnet ist, als Multicast weiterleitet.
  12. Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) für eine Umspannstation (100, 200, 300), umfassend:
    - zumindest eine Applikation (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323) zu deren Steuerung, wobei jede Applikation (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323) zur Verarbeitung von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 eingerichtet ist ;
    - ein Kommunikationsmittel (111, 121, 131; 211; 311, 321), welches zur Verarbeitung von Nachrichten gemäß dem Standard IEC 61850 ausgebildet ist und diese in Nachrichten eines öffentlichen Netzwerks (400), das auf dem Internet Protokoll basiert, enkapsulieren kann;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - jede Applikation (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323) zu einer Gruppe (10, 20, 30) von Applikationen (112, 122, 123, 132; 212, 213; 312, 313, 322, 323) gehört, die in entsprechenden Energieautomatisierungskomponenten (110, 120, 130; 210; 310, 320) zumindest zweier Umspannstationen (100, 200, 300) angeordnet sind
    - diese eine Information umfasst oder auf diese zugreifen kann, welche eine jeweilige Adressinformation von empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) für die gleiche Gruppe (10, 20, 30), zu der die betreffende Applikation (AE1. AE2, AE3) der Energieautomatisierungskomponente gehörig ist, umfasst;
    - das Kommunikationsmittel (111, 121, 131; 211; 311, 321) einer sendenden Energieautomatisierungskomponente (EAS) dazu ausgebildet ist, einen Tunnel zu den empfangenden Energieautomatisierungskomponenten (EAE1; EAE2; EAE3) aufzubauen, zu denen eine Adressinformation gespeichert ist.
  13. Umspannstation (100, 200, 300) für ein Energieautomatisierungs-Netzwerk (1), umfassend zumindest eine Energieautomatisierungskomponente (110, 120, 130; 210; 310, 320) gemäß Anspruch 12.
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